كيمياء مواد البناء المعدنية - الجزء الثالث 

منظومة حديد - كربون

عند تحمية فولاذ غني بالكربون ومن ثم تبريده ببطء يصبح الفولاذ طري نسبياً ، لكن عند تبريده بشكل مفاجئ يصبح قاسي ومتقصف وغير لزج . ويمكن اعطاء الفولاذ اللزوجة المطلوبة من خلال تسخينه إلى الدرجة 300◦ (إراحة الفولاذ) . تعود هذه التغيرات في مواصفات الفولاذ إلى التحولات المختلفة التي تطرأ على الأطوار في منظومة حديد – كربون .

تتجمد المصاهير التي تحوي أقل من 4.2% مشكلة بلورات تتصف بثباتها فقط عند درجات الحرارة العالية والتي تتحول وحسب نسبة الكربون إلى perlit وهو عبارة عن فولاذ طري ويتشكل فقط في حالة التبريد البطيء .

عند التبريد السريع فإن الكربون المنحل لا يملك الزمن اللازم للتحول إلى غرافيت ويشكل محلول صلب ضمن بلورة الحديد . ونتيجة للتراكم تتحول الشبكة البلورية المكعبية جزئياً إلى ثلاثية الميل ويصبح الفولاذ قاسي جداً وسريع التحطم (قساوة الزجاج) .

لسحب هذه القساوة من الفولاذ يتم تسخينه إلى 200◦ حيث تتمكن ذرات الكربون من الحركة ضمن الشبكة البلورية وتتشكل بلورات تشبه البلورات المتشكلة أثناء التبريد البطيء ويصبح الزجاج قابل للتشغيل والطرق .

يمكن تقسية الفولاذ أيضاً بطرق أخرى مثل :

1 - التقسية بالأمونيا : يسخن الفولاذ بوجود الأمونيا ، يتراكم N2 المتشكل من تحطم الأمونيا على سطح الفولاذ ويشكل مركب نتريد ، هذا المركب يمنح الفولاذ صلابة عالية .

2 - التفحيم (السمنتة) : يتم تحمية الفولاذ الفقير بالكربون إلى الدرجة 900◦ بوجود مواد مانحة للكربون مثل كربونات الباريوم والفحم الخشبي .

يمكن أيضاً رفع المقاومة ضد اهتراء الفولاذ من خلال التبريد المفاجئ .

سبائك الفولاذ